KR20110074355A - Transistor - Google Patents

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KR20110074355A
KR20110074355A KR1020090131292A KR20090131292A KR20110074355A KR 20110074355 A KR20110074355 A KR 20110074355A KR 1020090131292 A KR1020090131292 A KR 1020090131292A KR 20090131292 A KR20090131292 A KR 20090131292A KR 20110074355 A KR20110074355 A KR 20110074355A
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전상훈
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박성호
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: A transistor is provided to prevent etching issue, lack of uniformity, and a leakage current by increasing threshold voltage through an insertion layer between a source electrode and a channel layer. CONSTITUTION: In a transistor, a channel layer(C1) including an oxide semiconductor is formed on a substrate(SUB1). A gate electrode(G1) is formed on the channel layer. A source electrode(S1) and a drain electrode(D1) are respectively contacted with both ends of the channel layer. A semiconductor insertion layer(A1) is formed between the source electrode and the channel layer. A potential barrier between the source electrode and the channel layer is increased by the semiconductor insertion layer.

Description

트랜지스터{Transistor}Transistor

트랜지스터, 보다 자세하게는 산화물 트랜지스터에 관한 것이다. It relates to a transistor, and more particularly to an oxide transistor.

트랜지스터는 전자 기기 분야에서 스위칭 소자(switching device)나 구동 소자(driving device)로 널리 사용되고 있다. 특히, 박막 트랜지스터(Thin film transistor)는 유리 기판이나 플라스틱 기판 상에 제조할 수 있기 때문에, 액정표시장치 또는 유기발광표시장치 등과 같은 평판표시장치 분야에서 유용하게 사용된다. Transistors are widely used as switching devices or driving devices in the field of electronic devices. In particular, since a thin film transistor can be manufactured on a glass substrate or a plastic substrate, the thin film transistor is usefully used in the field of flat panel display devices such as a liquid crystal display device or an organic light emitting display device.

트랜지스터의 동작 특성을 향상시키기 위해, 산화물 반도체층을 채널층으로 적용하는 방법이 시도되고 있다. 이러한 방법은 주로 평판표시장치용 박막 트랜지스터에 적용된다. 그러나 산화물 반도체층을 채널층으로 갖는 트랜지스터(이하, 산화물 트랜지스터)의 경우, 문턱전압(threshold voltage)을 제어하기가 쉽지 않은 문제가 있다. In order to improve the operating characteristics of a transistor, a method of applying an oxide semiconductor layer as a channel layer has been attempted. This method is mainly applied to thin film transistors for flat panel display devices. However, in the case of a transistor having an oxide semiconductor layer as a channel layer (hereinafter referred to as an oxide transistor), there is a problem that it is not easy to control the threshold voltage.

보다 자세히 설명하면, 채널층으로 실리콘층을 사용하는 경우, 도핑 농도를 조절함으로써 문턱전압을 용이하게 제어할 수 있으나, 산화물 트랜지스터의 경우, 자기-보상(self-compensation) 현상으로 인해 도핑에 의한 문턱전압 조절이 용이하 지 않다. 또한 산화물 트랜지스터는 채널의 타입과 소오스에서 드레인으로 이동하는 캐리어 전하의 타입이 동일한 "다수 캐리어 소자"(majority carrier device)이다. 이러한 다수 캐리어 소자(majority carrier device)는 축적 모드(accumulation mode)에서 동작되고, 통상 0보다 작은(n-형 기준) 문턱전압을 갖는다. 따라서 산화물 반도체층을 채널층으로 사용하는 경우, 문턱전압이 0보다 큰(n-형 기준) 증가형(enhancement mode) 트랜지스터를 구현하기 어렵다. In more detail, when the silicon layer is used as the channel layer, the threshold voltage can be easily controlled by adjusting the doping concentration, but in the case of the oxide transistor, the threshold due to doping due to self-compensation phenomenon Voltage regulation is not easy. Oxide transistors are also "majority carrier devices" of the same type of channel and type of carrier charge that moves from source to drain. Such majority carrier devices operate in an accumulation mode and typically have a threshold voltage less than zero (n-type reference). Therefore, when the oxide semiconductor layer is used as the channel layer, it is difficult to implement an enhancement mode transistor having a threshold voltage greater than zero (n-type reference).

문턱전압 조절이 용이한 산화물 트랜지스터를 제공한다. Provided is an oxide transistor that can easily adjust a threshold voltage.

본 발명의 한 측면(aspect)에 따르면, 산화물 반도체를 포함하는 채널층; 상기 채널층에 대응하는 게이트전극; 상기 채널층의 양단에 각각 접촉된 소오스전극 및 드레인전극; 및 상기 채널층과 상기 소오스전극 사이에 구비된 반도체 삽입층;을 포함하고, 상기 반도체 삽입층에 의해 상기 채널층과 상기 소오스전극 사이의 전위 장벽(potential barrier)이 증가되는 트랜지스터가 제공된다. According to an aspect of the invention, a channel layer comprising an oxide semiconductor; A gate electrode corresponding to the channel layer; Source and drain electrodes in contact with both ends of the channel layer, respectively; And a semiconductor insertion layer provided between the channel layer and the source electrode, wherein the semiconductor insertion layer increases a potential barrier between the channel layer and the source electrode.

상기 채널층이 n형일 때, 상기 반도체 삽입층의 일함수는 상기 채널층의 일함수보다 클 수 있다. 이 경우, 상기 반도체 삽입층의 n형 캐리어 농도는 상기 채널층의 n형 캐리어 농도보다 낮을 수 있다. When the channel layer is n-type, the work function of the semiconductor insertion layer may be larger than the work function of the channel layer. In this case, the n-type carrier concentration of the semiconductor insertion layer may be lower than the n-type carrier concentration of the channel layer.

상기 채널층이 p형일 때, 상기 반도체 삽입층의 일함수는 상기 채널층의 일함수보다 작을 수 있다. 이 경우, 상기 반도체 삽입층의 p형 캐리어 농도는 상기 채널층의 p형 캐리어 농도보다 낮을 수 있다. When the channel layer is p-type, the work function of the semiconductor insertion layer may be smaller than the work function of the channel layer. In this case, the p-type carrier concentration of the semiconductor insertion layer may be lower than the p-type carrier concentration of the channel layer.

상기 채널층은 ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 산화물 반도체를 포함할 수 있다. The channel layer is any one or a series selected from the group consisting of ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO and mixtures thereof It may include an oxide semiconductor.

상기 채널층은 ZnO 계열의 산화물 반도체로 형성될 수 있다. The channel layer may be formed of a ZnO-based oxide semiconductor.

상기 ZnO 계열의 산화물 반도체는 In, Ga, Sn, Ti, Zr, Hf, Y 및 Ta 으로 구 성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함할 수 있다. The ZnO-based oxide semiconductor may further include at least one element selected from the group consisting of In, Ga, Sn, Ti, Zr, Hf, Y, and Ta.

상기 반도체 삽입층은 SiC, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InAs, GaAs, AlAs, InSb, GaSb, ZnS, CdS, ZnTe, CdTe, CdSe, CdS, ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 화합물을 포함할 수 있다. The semiconductor insertion layer is SiC, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InAs, GaAs, AlAs, InSb, GaSb, ZnS, CdS, ZnTe, CdTe, CdSe, CdS, ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO It may include any one or a series of compounds selected from the group consisting of, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO and mixtures thereof.

상기 반도체 삽입층은 0.5∼4.0eV 정도의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. The semiconductor insertion layer may have an energy band gap of about 0.5 to 4.0 eV.

상기 반도체 삽입층은 1∼300Å 정도의 두께를 가질 수 있다. The semiconductor insertion layer may have a thickness of about 1 to 300 Å.

상기 트랜지스터는 증가형(enhancement mode)일 수 있다. The transistor may be in enhancement mode.

상기 채널층과 상기 드레인전극 사이에 별도의 반도체 삽입층이 더 구비될 수 있다. A separate semiconductor insertion layer may be further provided between the channel layer and the drain electrode.

상기 채널층과 상기 드레인전극 사이에 구비된 별도의 반도체 삽입층은 상기 상기 채널층과 상기 소오스전극 사이에 구비된 반도체 삽입층과 동일한 물질로 형성될 수 있다. The separate semiconductor insertion layer provided between the channel layer and the drain electrode may be formed of the same material as the semiconductor insertion layer provided between the channel layer and the source electrode.

상기 트랜지스터는 탑(top)-게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터일 수 있다. The transistor may be a thin film transistor having a top-gate structure.

상기 트랜지스터는 바텀(bottom)-게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터일 수 있다. The transistor may be a thin film transistor having a bottom-gate structure.

문턱전압 조절이 용이한 산화물 트랜지스터를 구현할 수 있다. 상기 산화물 트랜지스터는 증가형(enhancement mode)일 수 있다. It is possible to implement an oxide transistor that can easily adjust a threshold voltage. The oxide transistor may be in an enhancement mode.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, a transistor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The width and thickness of the layers or regions shown in the accompanying drawings are somewhat exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터를 보여준다. 본 실시예의 트랜지스터는 게이트전극(G1)이 채널층(C1) 위쪽에 구비되는 탑(top)-게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터이다. 1 shows a transistor according to an embodiment of the present invention. The transistor of this embodiment is a thin film transistor having a top-gate structure in which the gate electrode G1 is provided above the channel layer C1.

도 1을 참조하면, 기판(SUB1) 상에 채널층(C1)이 구비될 수 있다. 기판(SUB1)은 실리콘 기판, 유리 기판 및 플라스틱 기판 중 하나일 수 있고, 투명 또는 불투명할 수 있다. 채널층(C1)은 산화물 반도체층일 수 있다. 채널층(C1)은 n형 또는 p형일 수 있다. 채널층(C1)이 n형 산화물 반도체층인 경우, 예컨대, ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 산화물을 포함할 수 있다. 이 물질 중 ZnO 계열의 산화물 반도체로 채널층(C1)을 형성하는 경우, 채널층(C1)은 In, Ga, Sn, Ti, Zr, Hf, Y 및 Ta 등으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함할 수 있다. 채널층(C1)이 p형 산화물 반도체층인 경우, 예컨대, NiO, CuO 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 산화물을 포함할 수 있다. 채널층(C1)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 도시하지는 않았지만, 기판(SUB1)과 채널층(C1) 사이에 절연층(미도시)을 구비시킬 수 있다. 즉, 기판(SUB1) 상에 절연층을 형성한 후, 그 위에 채널층(C1)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1, a channel layer C1 may be provided on a substrate SUB1. The substrate SUB1 may be one of a silicon substrate, a glass substrate, and a plastic substrate, and may be transparent or opaque. The channel layer C1 may be an oxide semiconductor layer. The channel layer C1 may be n-type or p-type. When the channel layer C1 is an n-type oxide semiconductor layer, for example, a group consisting of ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO and mixtures thereof It may include any one or a series of oxides selected from. In the case where the channel layer C1 is formed of a ZnO-based oxide semiconductor, the channel layer C1 may include at least one element selected from the group consisting of In, Ga, Sn, Ti, Zr, Hf, Y, and Ta. It may further include. When the channel layer C1 is a p-type oxide semiconductor layer, for example, the channel layer C1 may include any one or a series of oxides selected from the group consisting of NiO, CuO, and a mixture thereof. The channel layer C1 may have a single layer or a multilayer structure. Although not shown, an insulating layer (not shown) may be provided between the substrate SUB1 and the channel layer C1. That is, after the insulating layer is formed on the substrate SUB1, the channel layer C1 may be formed thereon.

기판(SUB1) 상에 채널층(C1)을 덮는 게이트절연층(GI1)이 구비될 수 있다. 게이트절연층(GI1)은 실리콘 산화물층이나 실리콘 질화물층일 수 있으나, 그 밖의 다른 물질층, 예컨대, 실리콘 질화물층보다 유전상수가 큰 고유전물질층일 수 있다. 게이트절연층(GI1)은 실리콘 산화물층, 실리콘 질화물층 및 고유전물질층 중 적어도 두 층 이상이 적층된 구조를 가질 수도 있다. A gate insulating layer GI1 covering the channel layer C1 may be provided on the substrate SUB1. The gate insulating layer GI1 may be a silicon oxide layer or a silicon nitride layer, but may be a high dielectric material layer having a higher dielectric constant than other material layers, for example, a silicon nitride layer. The gate insulating layer GI1 may have a structure in which at least two layers of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a high dielectric material layer are stacked.

게이트절연층(GI1) 상에 게이트전극(G1)이 구비될 수 있다. 게이트전극(G1)은 채널층(C1)의 중앙부에 대응하도록 구비될 수 있다. 게이트전극(G1)은 일반적인 전극 물질(금속, 금속산화물 등)로 형성될 수 있다. The gate electrode G1 may be provided on the gate insulating layer GI1. The gate electrode G1 may be provided to correspond to the central portion of the channel layer C1. The gate electrode G1 may be formed of a general electrode material (metal, metal oxide, etc.).

채널층(C1)의 양단에 각각 접촉된 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)이 구비될 수 있다. 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)은 금속으로 형성될 수 있다. 소오스전극(S1) 및 및 드레인전극(D1)은 게이트전극(G1)과 동일한 금속층일 수 있으나, 다른 금속층일 수도 있다. Source electrodes S1 and drain electrodes D1 may be provided at both ends of the channel layer C1, respectively. The source electrode S1 and the drain electrode D1 may be formed of metal. The source electrode S1 and the drain electrode D1 may be the same metal layer as the gate electrode G1, or may be another metal layer.

소오스전극(S1)과 채널층(C1) 사이에 선택적으로 반도체 삽입층(이하, 삽입층)(A1)이 구비될 수 있다. 다시 말해, 소오스전극(S1)과 채널층(C1)은 삽입층(A1)을 매개로 접촉될 수 있다. 이때, 드레인전극(D1)과 채널층(C1)은 직접 접촉될 수 있다. A semiconductor insertion layer (hereinafter referred to as an insertion layer) A1 may be selectively provided between the source electrode S1 and the channel layer C1. In other words, the source electrode S1 and the channel layer C1 may be in contact with each other via the insertion layer A1. In this case, the drain electrode D1 and the channel layer C1 may be in direct contact.

삽입층(A1)은 채널층(C1)과 소오스전극(S1) 사이에 전위 장벽(potential barrier)을 증가(또는 발생)시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 삽입층(A1)에 의해 채널층(C1)과 소오스전극(S1) 사이의 전위 장벽이 증가될 수 있다. 삽입층(A1)의 물 질 및 두께 등에 따라 상기 전위 장벽의 높이 및 두께 등이 달라지고, 결과적으로는, 트랜지스터의 문턱전압이 조절될 수 있다. 따라서 삽입층(A1)은 문턱전압 조절층이라고 할 수 있다. 삽입층(A1)은, 예컨대, 4-4족 화합물, 3-5족 화합물, 2-6족 화합물 및 1-7족 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 비산화물 반도체층이거나, 산화물 반도체층 또는 비산화물과 산화물이 혼합된 반도체층일 수 있다. 보다 구체적으로, 삽입층(A1)은 SiC, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InAs, GaAs, AlAs, InSb, GaSb, ZnS, CdS, ZnTe, CdTe, CdSe, CdS, ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO 및 이들의 혼합물 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 화합물을 포함할 수 있다. 삽입층(A1)이 산화물층인 경우, 채널층(C1)과 동일 계열의 산화물을 포함할 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 삽입층(A1)이 채널층(C1)과 동일 계열의 산화물을 포함하는 경우, 삽입층(A1)과 채널층(C1)의 산소 농도, 도핑 상태 등이 다를 수 있다. 삽입층(A1)의 에너지 밴드갭(energy bandgap)은 0.5∼4.0 eV 정도일 수 있다. 삽입층(A1)의 두께는, 예컨대, 1∼300Å 정도일 수 있다. The insertion layer A1 may serve to increase (or generate) a potential barrier between the channel layer C1 and the source electrode S1. That is, the potential barrier between the channel layer C1 and the source electrode S1 can be increased by the insertion layer A1. The height and thickness of the potential barrier may vary according to the material and thickness of the insertion layer A1, and as a result, the threshold voltage of the transistor may be adjusted. Therefore, the insertion layer A1 may be referred to as a threshold voltage adjusting layer. The insertion layer A1 is, for example, a non-oxide semiconductor layer containing at least one of a Group 4-4 compound, a Group 3-5 compound, a Group 2-6 compound, and a Group 1-7 compound, or an oxide semiconductor layer or a nonoxide. The semiconductor layer may be mixed with an oxide. More specifically, the insertion layer A1 may be formed of SiC, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InAs, GaAs, AlAs, InSb, GaSb, ZnS, CdS, ZnTe, CdTe, CdSe, CdS, ZnO, GaO, InO, It may include any one or a series of compounds selected from the group consisting of SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO and mixtures thereof. When the insertion layer A1 is an oxide layer, it may include an oxide of the same series as the channel layer C1, but may not be. When the insertion layer A1 includes the same series of oxides as the channel layer C1, the oxygen concentration and the doping state of the insertion layer A1 and the channel layer C1 may be different. The energy bandgap of the insertion layer A1 may be about 0.5 to 4.0 eV. The thickness of the insertion layer A1 may be, for example, about 1 to 300 GPa.

채널층(C1)이 n형인 경우, 삽입층(A1)의 일함수(work function)는 채널층(C1)의 일함수보다 클 수 있다. 이 조건을 만족시킨다면, 삽입층(A1)은 n형이나 p형 모두 가능하다. 삽입층(A1)의 n형 캐리어 농도(carrier concentration)는 채널층(C1)의 n형 캐리어 농도보다 낮을 수 있다. 따라서 삽입층(A1)은 채널층(C1)보다 n형 캐리어 농도가 낮은 n형 반도체층이거나, p형 반도체층일 수 있다. 만약, 삽입층(A1)과 채널층(C1)이 모두 n형 산화물층인 경우, 삽입층(A1)의 산소 농도는 채널 층(C1)의 산소 농도보다 높을 수 있다. 이는 n형 산화물에서는 산소 농도가 높을수록 캐리어 농도가 낮아지기 때문이다. When the channel layer C1 is n-type, the work function of the insertion layer A1 may be larger than the work function of the channel layer C1. If this condition is satisfied, the insertion layer A1 can be either n-type or p-type. The n-type carrier concentration of the insertion layer A1 may be lower than the n-type carrier concentration of the channel layer C1. Therefore, the insertion layer A1 may be an n-type semiconductor layer having a lower n-type carrier concentration than the channel layer C1 or a p-type semiconductor layer. If both the insertion layer A1 and the channel layer C1 are n-type oxide layers, the oxygen concentration of the insertion layer A1 may be higher than that of the channel layer C1. This is because, in the n-type oxide, the higher the oxygen concentration, the lower the carrier concentration.

채널층(C1)이 p형인 경우, 삽입층(A1)의 일함수는 채널층(C1)의 일함수보다 작을 수 있다. 이 경우에도, 삽입층(A1)은 n형이나 p형 모두 사용할 수 있다. 삽입층(A1)의 p형 캐리어 농도(carrier concentration)는 채널층(C1)의 p형 캐리어 농도보다 낮을 수 있다. 따라서 삽입층(A1)은 채널층(C1)보다 p형 캐리어 농도가 낮은 p형 반도체층이거나, n형 반도체층일 수 있다. 만약, 삽입층(A1)과 채널층(C1)이 p형 산화물층인 경우, 삽입층(A1)의 산소 농도는 채널층(C1)의 산소 농도보다 낮을 수 있다. 이는 p형 산화물에서는 산소 농도가 낮을수록 캐리어 농도가 낮아지기 때문이다. When the channel layer C1 is p-type, the work function of the insertion layer A1 may be smaller than the work function of the channel layer C1. Also in this case, both the n type and the p type can be used for the insertion layer A1. The p-type carrier concentration of the insertion layer A1 may be lower than the p-type carrier concentration of the channel layer C1. Therefore, the insertion layer A1 may be a p-type semiconductor layer having a lower p-type carrier concentration than the channel layer C1 or an n-type semiconductor layer. If the insertion layer A1 and the channel layer C1 are p-type oxide layers, the oxygen concentration of the insertion layer A1 may be lower than that of the channel layer C1. This is because in the p-type oxide, the lower the oxygen concentration, the lower the carrier concentration.

이 같이, 삽입층(A1)의 물질은 채널층(C1)의 타입에 따라 적절히 선택될 수 있다. 삽입층(A1)의 물질은 앞서 언급한 바와 같이, 4-4족 화합물, 3-5족 화합물, 2-6족 화합물 및 1-7족 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 비산화물 반도체, 그리고 ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO 등과 같은 산화물 반도체 중에서 선택될 수 있다. As such, the material of the insertion layer A1 may be appropriately selected depending on the type of the channel layer C1. As described above, the material of the insertion layer A1 may be a non-oxide semiconductor including at least one of a Group 4-4 compound, a Group 3-5 compound, a Group 2-6 compound, and a Group 1-7 compound, and ZnO, It may be selected from oxide semiconductors such as GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO and the like.

부가적으로, TiO 등 금속 산화물은 그 조성에 따라 특성이 크게 달라질 수 있다. 예컨대, TiO 등 금속 산화물은 그 조성에 따라 반도체 특성을 갖거나, 도체 특성을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 반도체 특성을 갖는 산화물 반도체를 삽입층(A1)으로 사용한다. 이때, 삽입층(A1)은 채널층(C1)과 소오스전극(S1) 사이에 전위 장벽을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 삽입층(A1)은 소오스전극(S1)과 오 믹(ohmic) 콘택된다고 할 수 없다. In addition, the metal oxide such as TiO may vary greatly in its composition. For example, a metal oxide such as TiO may have semiconductor characteristics or conductor characteristics depending on its composition. In this embodiment, an oxide semiconductor having semiconductor characteristics is used as the insertion layer A1. In this case, the insertion layer A1 increases the potential barrier between the channel layer C1 and the source electrode S1. The insertion layer A1 may not be in ohmic contact with the source electrode S1.

소오스전극(S1)과 채널층(C1)은 삽입층(A1)을 사이에 두고 접촉되고, 드레인전극(D1)과 채널층(C1)은 직접 접촉되므로, 소오스전극(S1) 쪽 전위 장벽과 드레인전극(D1) 쪽 전위 장벽은 서로 다르다. 소오스전극(S1) 쪽 전위 장벽이 드레인전극(D1) 쪽 전위 장벽보다 상대적으로 높을 수 있다. 이렇게 삽입층(A1)이 소오스전극(S1)과 채널층(C1) 사이에만 선택적으로 구비된 구조를 비대칭(asymmetric) 소오스/드레인 구조라고 정의한다. 트랜지스터의 문턱전압은 전자 또는 정공이 공급되는 소오스전극(S1) 측 전위 장벽에 큰 영향을 받을 수 있으므로, 소오스전극(S1) 측에만 선택적으로 삽입층(A1)을 구비시켜 문턱전압을 조절할 수 있다. 삽입층(A1)에 의한 전위 장벽의 높이와 두께 등에 의해 상기 문턱전압이 조절될 수 있다. The source electrode S1 and the channel layer C1 are in contact with the insertion layer A1 interposed therebetween, and the drain electrode D1 and the channel layer C1 are in direct contact with each other. The potential barriers on the electrode D1 side are different from each other. The potential barrier at the source electrode S1 may be higher than the potential barrier at the drain electrode D1. The structure in which the insertion layer A1 is selectively provided only between the source electrode S1 and the channel layer C1 is defined as an asymmetric source / drain structure. Since the threshold voltage of the transistor may be greatly influenced by the potential barrier of the source electrode S1 to which electrons or holes are supplied, the threshold voltage may be selectively provided by only the insertion layer A1 only on the source electrode S1 side. . The threshold voltage may be adjusted by the height and thickness of the potential barrier by the insertion layer A1.

도 1에서 게이트절연층(GI1) 상에 게이트전극(G1)을 덮는 절연층(IL1)이 구비되고, 절연층(IL1)과 게이트절연층(GI1)에 채널층(C1)을 노출시키는 제1 및 제2홀(H1, H2)이 구비될 수 있다. 제1홀(H1)은 채널층(C1)의 일단을, 제2홀(H2)은 채널층(C1)의 타단을 노출시킬 수 있다. 제1홀(H1) 내에 삽입층(A1)과 소오스전극(S1)이 구비될 수 있고, 제2홀(H2)에 드레인전극(D1)이 구비될 수 있다. 이러한 구조는 예시적인 것에 불과하고, 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 삽입층(A1)은 제1홀(H1)의 저면에만 형성된 것으로 도시되어 있지만, 제1홀(H1)의 저면뿐 아니라 내벽에도 얇게 도포될 수 있다. 또한 다른 실시예의 경우, 채널층(C1)의 일단에 삽입층(A1)을 형성한 후, 삽입층(A1)을 덮도록 절연층(IL1)을 형성한 다음, 절연층(IL1)에 삽입층(A1)을 노출시키는 홀(hole)을 형성하고, 상기 홀 내에 소오스전 극(S1)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 삽입층(A1)의 너비는 소오스전극(S1)보다 넓을 수 있다. 그리고 도 1에서는 삽입층(A1)을 채널층(C1) 상에 별도의 층으로 구비시켰지만, 다른 실시예에서는, 채널층(C1)의 상면부 일부를 삽입층(A1)과 같은 역할을 하도록 만들 수도 있다. 그 밖에도 도 1의 구조는 다양한 방식으로 변형될 수 있다. In FIG. 1, an insulating layer IL1 covering the gate electrode G1 is provided on the gate insulating layer GI1 and exposes the channel layer C1 to the insulating layer IL1 and the gate insulating layer GI1. And second holes H1 and H2. The first hole H1 may expose one end of the channel layer C1 and the second hole H2 may expose the other end of the channel layer C1. The insertion layer A1 and the source electrode S1 may be provided in the first hole H1, and the drain electrode D1 may be provided in the second hole H2. This structure is merely exemplary and may be variously modified. For example, although the insertion layer A1 is illustrated as being formed only on the bottom surface of the first hole H1, the insertion layer A1 may be applied to the inner wall as well as the bottom surface of the first hole H1. In another embodiment, after the insertion layer A1 is formed at one end of the channel layer C1, the insulation layer IL1 is formed to cover the insertion layer A1, and then the insertion layer is formed on the insulation layer IL1. A hole exposing (A1) may be formed, and a source electrode S1 may be formed in the hole. In this case, the width of the insertion layer A1 may be wider than that of the source electrode S1. In FIG. 1, the insertion layer A1 is provided as a separate layer on the channel layer C1, but in another embodiment, a part of the upper surface portion of the channel layer C1 serves as the insertion layer A1. It may be. In addition, the structure of FIG. 1 may be modified in various ways.

도 1의 실시예에서와 같이, 소오스전극(S1)과 채널층(C1) 사이에 삽입층(A1)을 구비시키면, 삽입층(A1)에 의해 소오스전극(S1)과 채널층(C1) 사이의 전위 장벽이 증가되고, 트랜지스터의 문턱전압이 증가할 수 있다. n형 트랜지스터의 경우 문턱전압은 양(+)의 방향으로 증가하고, p형 트랜지스터의 경우 문턱전압은 음(-)의 방향으로 증가한다. n형 트랜지스터의 경우 문턱전압이 0보다 클 때 증가형일 수 있고, p형 트랜지스터의 경우 문턱전압이 0보다 작을 때 증가형일 수 있다. 그러므로 본 실시예에 따르면, 증가형(enhancement mode) 산화물 트랜지스터를 구현할 수 있다. 산화물을 채널층으로 적용한 트랜지스터의 경우, 일반적으로 자기-보상(self-compensation) 현상으로 인해 도핑에 의한 문턱전압 조절이 용이하지 않다. 또한 산화물 트랜지스터는 "다수 캐리어 소자"(majority carrier device)로서 축적 모드(accumulation mode)에서 동작되어 낮은 전압에서 쉽게 턴-온(turn-on)되므로 증가형(enhancement mode)으로 만들기가 용이하지 않았다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 전술한 바와 같이 소오스전극(S1)과 채널층(C1) 사이에 전위 장벽을 증가시키는 삽입층(A1)을 사용함으로써, 산화물 트랜지스터의 문턱전압을 증가시킬 수 있고, 증가형(enhancement mode) 트랜지스터를 구현할 수 있다. 그리고 삽입 층(A1)의 물질 및 두께 등을 조절함으로써 상기 문턱전압을 목적에 맞게 적절히 조절할 수 있다. As shown in the embodiment of FIG. 1, when the insertion layer A1 is provided between the source electrode S1 and the channel layer C1, the insertion layer A1 is disposed between the source electrode S1 and the channel layer C1. The potential barrier may increase and the threshold voltage of the transistor may increase. In the case of an n-type transistor, the threshold voltage increases in a positive direction, and in the case of a p-type transistor, the threshold voltage increases in a negative direction. The n-type transistor may be increased when the threshold voltage is greater than zero, and the n-type transistor may be increased when the threshold voltage is less than zero. Therefore, according to the present embodiment, an enhancement mode oxide transistor can be implemented. In the case of a transistor in which an oxide is applied as a channel layer, it is generally difficult to adjust the threshold voltage by doping due to a self-compensation phenomenon. In addition, oxide transistors were operated as an "majority carrier device," operating in an accumulation mode, and were easily turned on at low voltages, making it difficult to make them in enhancement mode. However, in the embodiment of the present invention, by using the insertion layer A1 which increases the potential barrier between the source electrode S1 and the channel layer C1 as described above, the threshold voltage of the oxide transistor can be increased and increased. An enhancement mode transistor can be implemented. In addition, the threshold voltage may be appropriately adjusted according to the purpose by adjusting the material and the thickness of the insertion layer A1.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터를 보여준다. 본 실시예의 트랜지스터는 게이트전극(G2)이 채널층(C2) 아래에 구비되는 바텀(bottom)-게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터이다. 2 shows a transistor according to another embodiment of the present invention. The transistor of this embodiment is a thin film transistor having a bottom-gate structure in which the gate electrode G2 is provided under the channel layer C2.

도 2를 참조하면, 기판(SUB2) 상에 게이트전극(G2)이 구비될 수 있다. 기판(SUB2) 상에 절연층(미도시)을 형성하고, 그 위에 게이트전극(G2)을 형성할 수도 있다. 기판(SUB2) 상에 게이트전극(G2)을 덮는 게이트절연층(GI2)이 구비될 수 있다. 게이트절연층(GI2) 상에 채널층(C2)이 구비될 수 있다. 채널층(C2)은 게이트전극(G2) 위쪽에 구비될 수 있고, 게이트전극(G2)보다 다소 큰 폭을 가질 수 있다. 채널층(C2)의 양단에 접촉된 소오스전극(S2) 및 드레인전극(D2)이 구비될 수 있다. 채널층(C2)과 소오스전극(S2) 사이에 선택적으로 반도체 삽입층(이하, 삽입층)(A2)이 구비될 수 있다. 게이트절연층(GI2) 상에 채널층(C2)을 덮는 절연층(IL2)이 구비되고, 절연층(IL2) 내에 제1 및 제2홀(H1', H2')이 형성될 수 있다. 제1홀(H1') 내에 삽입층(A2) 및 소오스전극(S2)이 구비될 수 있고, 제2홀(H2') 내에 드레인전극(D2)이 구비될 수 있다. 도 2에서 기판(SUB2), 게이트전극(G2), 채널층(C2), 소오스전극(S2), 드레인전극(D2) 및 삽입층(A2)의 물질, 구성, 두께 등은 도 1의 기판(SUB1), 게이트전극(G1), 채널층(C1), 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 삽입층(A1)의 그것과 동일하거나 유사할 수 있다. Referring to FIG. 2, a gate electrode G2 may be provided on the substrate SUB2. An insulating layer (not shown) may be formed on the substrate SUB2, and a gate electrode G2 may be formed thereon. A gate insulating layer GI2 covering the gate electrode G2 may be provided on the substrate SUB2. The channel layer C2 may be provided on the gate insulating layer GI2. The channel layer C2 may be provided above the gate electrode G2, and may have a width slightly larger than that of the gate electrode G2. The source electrode S2 and the drain electrode D2 may be provided in contact with both ends of the channel layer C2. A semiconductor insertion layer (hereinafter, referred to as an insertion layer) A2 may be selectively provided between the channel layer C2 and the source electrode S2. An insulating layer IL2 may be provided on the gate insulating layer GI2 to cover the channel layer C2, and first and second holes H1 ′ and H2 ′ may be formed in the insulating layer IL2. The insertion layer A2 and the source electrode S2 may be provided in the first hole H1 ′, and the drain electrode D2 may be provided in the second hole H2 ′. In FIG. 2, materials, configurations, thicknesses, and the like of the substrate SUB2, the gate electrode G2, the channel layer C2, the source electrode S2, the drain electrode D2, and the insertion layer A2 are illustrated in FIG. 1. It may be the same as or similar to that of SUB1, gate electrode G1, channel layer C1, source electrode S1, drain electrode D1, and insertion layer A1.

도 1 및 도 2에서는 절연층(IL1, IL2) 내에 홀(H1, H1', H2, H2')을 형성하 고, 그 안에 소오스전극(S1, S2) 및 드레인전극(D1, D2)을 형성한 구조에 대해서 도시하고 설명하였지만, 다른 실시예에서는 상기 홀들을 이용하지 않고, 소오스전극 및 드레인전극을 형성할 수 있다. 그 예가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 1 and 2, holes H1, H1 ', H2, and H2' are formed in the insulating layers IL1 and IL2, and source electrodes S1 and S2 and drain electrodes D1 and D2 are formed therein. Although one structure has been illustrated and described, in another embodiment, the source electrode and the drain electrode may be formed without using the holes. Examples are shown in FIGS. 3 and 4.

도 3을 참조하면, 기판(SUB3) 상에 채널층(C3)이 구비되고, 채널층(C3)의 양단을 덮는 소오스전극(S3) 및 드레인전극(D3)이 구비될 수 있다. 채널층(C3)과 소오스전극(S3) 사이에 삽입층(A3)이 개재(interpose)될 수 있다. 소오스전극(S3), 드레인전극(D3) 및 채널층(C3)을 덮는 게이트절연층(GI3)이 구비될 수 있다. 게이트절연층(GI3) 상에 게이트전극(G3)이 구비될 수 있다. 도 3에서 기판(SUB3), 게이트전극(G3), 채널층(C3), 소오스전극(S3), 드레인전극(D3) 및 삽입층(A3)의 물질, 구성, 두께 등은 도 1의 기판(SUB1), 게이트전극(G1), 채널층(C1), 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 삽입층(A1)의 그것과 동일하거나 유사할 수 있다. Referring to FIG. 3, a channel layer C3 may be provided on the substrate SUB3, and a source electrode S3 and a drain electrode D3 may be provided to cover both ends of the channel layer C3. An insertion layer A3 may be interposed between the channel layer C3 and the source electrode S3. A gate insulating layer GI3 covering the source electrode S3, the drain electrode D3, and the channel layer C3 may be provided. The gate electrode G3 may be provided on the gate insulating layer GI3. In FIG. 3, materials, configurations, thicknesses, and the like of the substrate SUB3, the gate electrode G3, the channel layer C3, the source electrode S3, the drain electrode D3, and the insertion layer A3 are illustrated in FIG. It may be the same as or similar to that of SUB1, gate electrode G1, channel layer C1, source electrode S1, drain electrode D1, and insertion layer A1.

도 4를 참조하면, 기판(SUB4) 상에 게이트전극(G4)이 구비될 수 있고, 게이트전극(G4)을 덮는 게이트절연층(GI4)이 구비될 수 있다. 게이트절연층(GI4) 상에 채널층(C4)이 구비될 수 있고, 채널층(G4)의 양단을 덮는 소오스전극(S4) 및 드레인전극(D4)이 구비될 수 있다. 채널층(C4)과 소오스전극(S4) 사이에 삽입층(A4)이 개재(interpose)될 수 있다. 도 4에서 기판(SUB4), 게이트전극(G4), 채널층(C4), 소오스전극(S4), 드레인전극(D4) 및 삽입층(A4)의 물질, 구성, 두께 등은 도 1의 기판(SUB1), 게이트전극(G1), 채널층(C1), 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 삽입층(A1)의 그것과 동일하거나 유사할 수 있다. Referring to FIG. 4, a gate electrode G4 may be provided on the substrate SUB4, and a gate insulating layer GI4 covering the gate electrode G4 may be provided. The channel layer C4 may be provided on the gate insulating layer GI4, and the source electrode S4 and the drain electrode D4 may be provided to cover both ends of the channel layer G4. An insertion layer A4 may be interposed between the channel layer C4 and the source electrode S4. In FIG. 4, materials, configurations, thicknesses, and the like of the substrate SUB4, the gate electrode G4, the channel layer C4, the source electrode S4, the drain electrode D4, and the insertion layer A4 are illustrated in FIG. It may be the same as or similar to that of SUB1, gate electrode G1, channel layer C1, source electrode S1, drain electrode D1, and insertion layer A1.

도 3 및 도 4에서는 소오스전극(S3, S4) 및 드레인전극(D3, D4)이 채널 층(C3, C4)의 상면 양단에 접촉되도록 구비되지만, 다른 실시예에서는 소오스전극 및 드레인전극이 채널층 하면의 양단에 접촉될 수도 있다. In FIGS. 3 and 4, the source electrodes S3 and S4 and the drain electrodes D3 and D4 are provided to contact both ends of the upper surfaces of the channel layers C3 and C4, but in another embodiment, the source electrode and the drain electrode are channel channels. It may be in contact with both ends of the lower surface.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터의 소오스전극, 삽입층 및 채널층의 에너지밴드 다이어그램의 일례를 보여준다. 도 9는 채널층이 n형인 경우에 대한 것이다. 도 9에서 참조부호 EC 및 EV는 각각 진공 에너지레벨, 전도대(conduction band)의 최하위 에너지레벨 및 가전대(valence band)의 최상위 에너지레벨을 나타내고, EF 는 페르미 에너지레벨을 나타낸다. 이러한 표시는 도 10 내지 도 12에서 동일하다. 9 shows an example of an energy band diagram of a source electrode, an insertion layer, and a channel layer of a transistor according to an embodiment of the present invention. 9 illustrates a case in which the channel layer is n-type. In FIG. 9, reference numerals E C and E V denote vacuum energy levels, lowest energy levels of conduction bands and highest energy levels of valence bands, and E F denotes Fermi energy levels. This indication is the same in FIGS. 10 to 12.

도 9를 참조하면, 삽입층의 EC 가 채널층의 EC 보다 높다. 이는 상기 삽입층의 일함수가 상기 채널층의 일함수보다 커서 이들이 접합 될 때, 채널층의 EC 및 EV 가 전체적으로 아래쪽으로 내려가기 때문이다. 따라서 상기 삽입층에 의해 소오스전극(금속)과 채널층 사이에 전자(e-)에 대한 전위 장벽(ΦB)이 생성된다. 전위 장벽(ΦB)은 상기 소오스전극에서 채널층으로 이동하는 전자(e-)의 흐름을 억제하는 역할을 할 수 있다. 이러한 전위 장벽(ΦB)을 넘어 전자(e-)가 이동하기 위해서는 보다 큰 게이트전압이 필요할 수 있다. 따라서 상기 삽입층에 의해 트랜지스터의 문턱전압은 양(+)의 방향으로 증가할 수 있다. 전위 장벽(ΦB)의 높이 및 삽입층의 두께 등에 따라 문턱전압의 증가 정도는 달라질 수 있다. 만약, 상기 삽입층의 두께가 매우 얇다면, 그를 통해 전자(e-)가 터널링될 수 있으므로, 문턱전압 증가 효 과는 다소 떨어질 수 있다. 하지만 문턱전압을 미세하게 조절하기 원하는 경우, 삽입층의 두께를 얇게 형성하는 것이 적합할 수 있다. 한편, 도면에서 채널층의 EF 는 EC 와 매우 가깝지만 삽입층의 EF 는 EC 와 상대적으로 멀리 떨어져 있다. 이는 삽입층의 n형 캐리어 농도가 채널층의 n형 캐리어 농도보다 낮다는 것을 의미한다. 9, the E C E C of the insertion layer is greater than the channel layer. This is because the work function of the insertion layer is larger than the work function of the channel layer so that when they are bonded, E C and E V of the channel layer are lowered as a whole. Therefore, a potential barrier Φ B for electrons (e−) is generated between the source electrode (metal) and the channel layer by the insertion layer. The potential barrier Φ B may serve to suppress the flow of electrons (e−) moving from the source electrode to the channel layer. A larger gate voltage may be required to move the electron e- over the potential barrier Φ B. Therefore, the threshold voltage of the transistor may increase in the positive direction by the insertion layer. The increase in the threshold voltage may vary depending on the height of the potential barrier Φ B and the thickness of the insertion layer. If the thickness of the insertion layer is very thin, the electron (e−) can be tunneled through it, and thus the effect of increasing the threshold voltage may be somewhat reduced. However, if it is desired to finely adjust the threshold voltage, it may be suitable to form a thin thickness of the insertion layer. Meanwhile, in the figure, E F of the channel layer is very close to E C , but E F of the insertion layer is relatively far from E C. This means that the n-type carrier concentration of the insertion layer is lower than the n-type carrier concentration of the channel layer.

도 10은 삽입층이 미적용된 제1 비교예에 따른 트랜지스터의 소오스전극과 채널층의 에너지밴드 다이어그램을 보여준다. 이때, 채널층은 n형이다. 즉, 도 10은 도 9에서 삽입층이 제거되어 소오스전극과 채널층이 직접 접촉된 경우에 대한 에너지밴드 다이어그램이다. 10 shows an energy band diagram of a source electrode and a channel layer of a transistor according to a first comparative example without an insertion layer. At this time, the channel layer is n-type. That is, FIG. 10 is an energy band diagram of the case where the source electrode and the channel layer are in direct contact with the insertion layer removed in FIG. 9.

도 10을 참조하면, 소오스전극과 채널층이 직접 접촉된 경우, 이들 사이의 전위 장벽(ΦB)은 도 9의 전위 장벽(ΦB)보다 상당히 낮다. 이 경우, 트랜지스터는 문턱전압이 0보다 작은 공핍형(depletion mode)이다. Referring to FIG. 10, when the source electrode and the channel layer are in direct contact, the potential barrier Φ B therebetween is considerably lower than the potential barrier Φ B in FIG. 9. In this case, the transistor is in a depletion mode where the threshold voltage is less than zero.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터의 소오스전극, 삽입층 및 채널층의 에너지밴드 다이어그램을 보여준다. 도 11은 채널층이 p형인 경우에 대한 것이다. 11 is an energy band diagram of a source electrode, an insertion layer and a channel layer of a transistor according to another embodiment of the present invention. 11 shows a case in which the channel layer is p-type.

도 11을 참조하면, 삽입층의 EV 가 채널층의 EV 보다 낮다. 이는 상기 삽입층의 일함수가 상기 채널층의 일함수보다 작아서 이들이 접합 될 때, 채널층의 EC 및 EV 가 전체적으로 위쪽으로 이동하기 때문이다. 따라서 상기 삽입층에 의해 소오스전극(금속)과 채널층 사이에 정공(h)에 대한 전위 장벽(ΦB)이 생성된다. 전위 장 벽(ΦB)은 상기 소오스전극에서 채널층으로 이동하는 정공(h)의 흐름을 억제하는 역할을 할 수 있다. 이러한 전위 장벽(ΦB)을 넘어 정공(h)이 이동하기 위해서는 보다 큰 게이트전압이 필요할 수 있다. 따라서 상기 삽입층에 의해 트랜지스터의 문턱전압은 음(-)의 방향으로 증가할 수 있다. 전위 장벽(ΦB)의 높이 및 삽입층의 두께 등에 따라 문턱전압 증가 정도는 달라질 수 있다. 한편, 도면에서 채널층의 EF 는 EC 와 매우 가깝지만 삽입층의 EF 는 EC 와 상대적으로 멀리 떨어져 있다. 이는 삽입층의 p형 캐리어 농도가 채널층의 p형 캐리어 농도보다 낮다는 것을 의미한다. 11, the E V E V lower than that of the insertion layer in the channel layer. This is because the work function of the insertion layer is smaller than the work function of the channel layer so that when they are bonded, E C and E V of the channel layer move upwards as a whole. Therefore, the potential barrier Φ B for the holes h is generated between the source electrode (metal) and the channel layer by the insertion layer. The potential barrier Φ B may serve to suppress the flow of holes h that move from the source electrode to the channel layer. In order to move the hole h beyond the potential barrier Φ B , a larger gate voltage may be required. Therefore, the threshold voltage of the transistor may increase in the negative direction by the insertion layer. The increase in the threshold voltage may vary depending on the height of the potential barrier Φ B and the thickness of the insertion layer. Meanwhile, in the figure, E F of the channel layer is very close to E C , but E F of the insertion layer is relatively far from E C. This means that the p-type carrier concentration of the insertion layer is lower than the p-type carrier concentration of the channel layer.

도 12는 삽입층이 미적용된 제2 비교예에 따른 트랜지스터의 소오스전극과 채널층의 에너지밴드 다이어그램을 보여준다. 이때, 채널층은 p형이다. 즉, 도 12는 도 11에서 삽입층이 제거되어 소오스전극과 채널층이 직접 접촉된 경우에 대한 에너지밴드 다이어그램이다. 12 shows an energy band diagram of a source electrode and a channel layer of a transistor according to a second comparative example without an insertion layer. At this time, the channel layer is p-type. That is, FIG. 12 is an energy band diagram of the case where the source electrode and the channel layer are directly contacted with the insertion layer removed in FIG. 11.

도 12를 참조하면, 소오스전극과 채널층이 직접 접촉된 경우, 이들 사이의 전위 장벽(ΦB)은 도 11의 전위 장벽(ΦB)보다 상당히 작다. 이 경우, 트랜지스터는 쉽게 턴-온(turn-on)될 수 있다. Referring to FIG. 12, when the source electrode and the channel layer are in direct contact, the potential barrier Φ B therebetween is considerably smaller than the potential barrier Φ B in FIG. 11. In this case, the transistor can be easily turned on.

도 9 및 도 11에서와 같이 삽입층을 사용하는 경우, 소오스전극과 채널층 사이에 전위 장벽이 증가하여, 트랜지스터의 문턱전압이 증가할 수 있다. 따라서 트랜지스터는 증가형(enhancement mode) 트랜지스터일 수 있다. 하지만, 본 실시예의 트랜지스터가 반드시 증가형일 필요는 없다. 목적에 따라, 모드(mode)를 공핍형으 로 유지하면서 문턱전압을 조절할 수도 있다. 9 and 11, when the insertion layer is used, the potential barrier is increased between the source electrode and the channel layer, thereby increasing the threshold voltage of the transistor. Thus, the transistor may be an enhancement mode transistor. However, the transistor of this embodiment does not necessarily need to be an increased type. Depending on the purpose, the threshold voltage may be adjusted while keeping the mode depleted.

도 1 내지 도 4의 실시예에서는 소오스전극(S1∼S4) 측에만 반도체 삽입층(A1∼A4)을 형성한 비대칭 소오스/드레인 구조에 대해 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시에에 따르면, 드레인전극(D1∼D4) 측에도 반도체 삽입층(A1∼A4)을 형성할 수 있다. 그 예들이 도 5 내지 도 8에 도시되어 있다. 1 to 4 illustrate and illustrate the asymmetric source / drain structure in which the semiconductor insertion layers A1 to A4 are formed only on the source electrodes S1 to S4, according to another embodiment of the present invention. The semiconductor insertion layers A1 to A4 can also be formed on the drain electrodes D1 to D4. Examples are shown in FIGS. 5 to 8.

도 5 내지 도 8의 구조는 각각 도 1 내지 도 4의 실시예에서 변형된 것으로, 채널층(C1∼C4)과 드레인전극(D1∼D4) 사이에 삽입층(A1∼A4)을 더 포함한다. 이를 제외한 나머지 구성은 도 1 내지 도 4의 그것과 동일하다. 이렇게 소오스전극(S1∼S4) 및 드레인전극(D1∼D4) 측에 모두 삽입층(A1∼A4)을 구비시킨 구조를 대칭(symmetric) 소오스/드레인 구조라 한다. 5 to 8 are modified in the embodiments of FIGS. 1 to 4, respectively, and further include insertion layers A1 to A4 between the channel layers C1 to C4 and the drain electrodes D1 to D4. . The rest of the configuration is the same as that of FIGS. The structure in which the insertion layers A1 to A4 are provided on both the source electrodes S1 to S4 and the drain electrodes D1 to D4 is called a symmetric source / drain structure.

도 5 내지 도 8과 같이 소오스전극(S1∼S4)과 채널층(C1∼C4) 사이 및 드레인전극(D1∼D4)과 채널층(C1∼C4) 사이에 삽입층(A1∼A4)을 구비시키는 경우, 도 1 내지 도 4와 같이 비대칭 소오스/드레인 구조를 형성하는 것보다 제조 공정이 단순화될 수 있다. 이때에도, 트랜지스터의 문턱전압은 소오스전극(S1∼S4)과 채널층(C1∼C4) 사이의 삽입층(A1∼A4)에 의해 조절될 수 있다. 왜냐하면, 트랜지스터의 문턱전압은 드레인전극(D1∼D4) 측 전위 장벽보다 전하(전자 또는 정공)가 공급되는 소오스전극(S1∼S4) 측 전위 장벽에 의해 좌우될 수 있기 때문이다. As shown in Figs. 5 to 8, insertion layers A1 to A4 are provided between the source electrodes S1 to S4 and the channel layers C1 to C4, and between the drain electrodes D1 to D4 and the channel layers C1 to C4. In this case, the manufacturing process may be simplified rather than forming an asymmetric source / drain structure as shown in FIGS. 1 to 4. In this case, the threshold voltage of the transistor may be controlled by the insertion layers A1 to A4 between the source electrodes S1 to S4 and the channel layers C1 to C4. This is because the threshold voltage of the transistor may depend on the potential barrier of the source electrodes S1 to S4 supplied with charge (electrons or holes) rather than the potential barrier of the drain electrodes D1 to D4.

도 1 내지 도 4에서와 같이 비대칭 소오스/드레인 구조로 형성된 트랜지스터, 즉, 소오스전극(S1∼S4)과 채널층(C1∼C4) 사이에만 삽입층(A1∼A4)이 선택적으로 구비된 트랜지스터가 도 5 내지 도 8과 같은 대칭 소오스/드레인 구조의 트랜 지스터보다 이동도(mobility) 측면에서 유리할 수 있다. 왜냐하면, 상기 비대칭 소오스/드레인 구조의 트랜지스터에서는 드레인전극(D1∼D4) 측의 전위 장벽이 낮아 전하가 드레인전극(D1∼D4) 측으로 보다 잘 빠져나갈 수 있기 때문이다. As shown in FIGS. 1 to 4, a transistor having an asymmetric source / drain structure, that is, a transistor in which an insertion layer A1 to A4 is selectively provided only between the source electrodes S1 to S4 and the channel layers C1 to C4, is provided. 5 to 8 may be advantageous in terms of mobility than transistors of a symmetric source / drain structure. This is because in the transistor of the asymmetrical source / drain structure, the potential barrier on the drain electrodes D1 to D4 is low, so that the charge can be better escaped to the drain electrodes D1 to D4.

도 13은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 트랜지스터의 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성을 보여주는 그래프이다. 여기서, 상기 실시예에 따른 트랜지스터는 도 5의 구조를 갖되, 채널층(C1)으로 GaInZnO층을, 삽입층(A1)으로 IZO층을 사용한다. 채널층(GaInZnO층)과 삽입층(IZO층)은 모두 n형 산화물 반도체층이고, 채널층(GaInZnO층)보다 삽입층(IZO층)의 n형 캐리어 농도가 상대적으로 낮았다. 삽입층(IZO층)의 두께가 50Å인 경우와 130Å인 경우에 대해 특성을 평가하였다. 한편, 삽입층을 사용하지 않은 트랜지스터(즉, 상기 비교예에 따른 트랜지스터)에 대한 특성도 평가하였다. 상기 비교예에 따른 트랜지스터는 삽입층을 사용하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예에 따른 트랜지스터와 동일한 구성을 갖는다. 제1 그룹(G1)의 그래프는 상기 비교예에 따른 트랜지스터에 대한 결과이고, 제2 및 제3 그룹(G2, G3)의 그래프는 상기 실시예에 따른 트랜지스터에 대한 결과이다. 제2 그룹(G2)의 그래프는 삽입층(IZO층)의 두께가 50Å인 경우이고, 제3 그룹(G3)의 그래프는 삽입층(IZO층)의 두께가 130Å인 경우이다. FIG. 13 is a graph illustrating gate voltage (Vg) and drain current (Id) characteristics of a transistor according to an embodiment of the present invention and a comparative example. Here, the transistor according to the embodiment has the structure of FIG. 5, but uses a GaInZnO layer as the channel layer C1 and an IZO layer as the insertion layer A1. The channel layer (GaInZnO layer) and the insertion layer (IZO layer) are both n-type oxide semiconductor layers, and the concentration of n-type carriers in the insertion layer (IZO layer) is relatively lower than that of the channel layer (GaInZnO layer). Characteristics were evaluated for the case where the thickness of the intercalation layer (IZO layer) was 50 ms and 130 ms. On the other hand, characteristics of the transistor (that is, the transistor according to the comparative example) without using the insertion layer were also evaluated. The transistor according to the comparative example has the same configuration as the transistor according to the above embodiment except that no insertion layer is used. The graph of the first group G1 is the result for the transistor according to the comparative example, and the graph of the second and third groups G2 and G3 is the result for the transistor according to the embodiment. The graph of the second group G2 is a case where the thickness of the intercalation layer (IZO layer) is 50 ms, and the graph of the third group G3 is a case where the thickness of the intercalation layer (IZO layer) is 130 ms.

도 13을 참조하면, 삽입층을 사용하지 않은 상기 비교예에 따른 트랜지스터에 대한 결과인 제1 그룹(G1)의 그래프들은 상당히 낮은 전압에서 턴-온(turn-on)되는 것을 알 수 있다. 반면, 삽입층을 사용한 상기 실시예에 따른 트랜지스터에 대한 결과인 제2 및 제3 그룹(G2, G3)의 그래프들은 제1 그룹(G1)의 그래프보다 상 당히 오른쪽에 위치하고 있다. 이는 삽입층을 사용할 때, 문턱전압이 양(+)의 방향으로 증가하는 것을 보여준다. 한편, 제3 그룹(G3)의 그래프가 제2 그룹(G2)의 그래프보다 더 오른쪽에 위치해 있는데, 이는 삽입층의 두께가 두꺼울수록 문턱전압 증가 효과가 더 커질 수 있음을 보여준다. Referring to FIG. 13, it can be seen that the graphs of the first group G1, which are the result of the transistor according to the comparative example without using the insertion layer, are turned on at a considerably low voltage. On the other hand, the graphs of the second and third groups G2 and G3, which are the results of the transistor according to the embodiment using the insertion layer, are located substantially to the right of the graph of the first group G1. This shows that when using the insertion layer, the threshold voltage increases in the positive direction. On the other hand, the graph of the third group G3 is located on the right side than the graph of the second group G2, which shows that the thicker the thickness of the insertion layer, the greater the effect of increasing the threshold voltage.

부가적으로, 문턱전압을 증가시키기 위한 다른 방법으로 채널층과 쇼트키(Schottky) 접합을 이루는 물질(금속)로 소오스전극을 형성하는 방법이 있을 수 있으나, n-형 산화물 채널층과 쇼트키 접합을 형성하기 위해서는 매우 높은 일함수(약 4.5∼4.7 eV 이상)를 갖는 금속을 사용해야 한다. 따라서 소오스전극으로 사용할 수 있는 금속의 종류가 매우 제한적일 수 있다. 그리고 상기 일함수가 높은 금속들은 대부분 귀금속으로 고가인데다, 식각이 어려운 문제가 있다. 또한 쇼트키 접합을 이용하는 경우, 트랜지스터간 특성의 균일성을 확보하기 어렵고, 비교적 큰 누설전류(leakage current)가 발생하는 문제가 있다. 하지만 본 발명의 실시예에서와 같이, 반도체 삽입층을 이용해서 문턱전압을 증가시키는 경우, 소오스/드레인전극 물질의 선택의 폭이 넓어질 수 있고, 식각 문제(etching issue), 특성의 불균일성, 누설전류의 문제 등을 방지 또는 최소화할 수 있다. Additionally, another method for increasing the threshold voltage may be a method of forming a source electrode with a material (metal) forming a Schottky junction with a channel layer, but using an n-type oxide channel layer and a Schottky junction. In order to form a metal, a metal having a very high work function (about 4.5 to 4.7 eV or more) should be used. Therefore, the type of metal that can be used as the source electrode may be very limited. In addition, most of the metal having a high work function is expensive as a precious metal, and there is a problem that etching is difficult. In addition, when the Schottky junction is used, it is difficult to ensure uniformity of inter-transistor characteristics and a relatively large leakage current is generated. However, as in the embodiment of the present invention, when the threshold voltage is increased using the semiconductor insertion layer, the selection of the source / drain electrode materials can be expanded, and etching problems, non-uniformity of properties, leakage Current problems can be prevented or minimized.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상(idea)은 박막 트랜지스터가 아닌 그 밖의 다른 트랜지스터에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 도 1 내지 도 8의 트랜지스터의 구성요소 및 구조는 각각 다양화 및 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터는 더블 게이트 구조를 가질 수 있고, 비산화물로 형성된 채널층을 사용할 수도 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, those skilled in the art will appreciate that the idea of the present invention may be applied to other transistors other than thin film transistors. In addition, it will be appreciated that the components and structures of the transistors of FIGS. 1 to 8 may be diversified and modified, respectively. As a specific example, the transistor according to the embodiment of the present invention may have a double gate structure, and may use a channel layer formed of non-oxide. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 소오스/드레인 구조의 트랜지스터를 보여주는 단면도이다. 1 to 4 are cross-sectional views illustrating transistors of an asymmetric source / drain structure according to an embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 대칭 소오스/드레인 구조의 트랜지스터를 보여주는 단면도이다. 5 through 8 are cross-sectional views illustrating transistors having a symmetric source / drain structure according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터의 소오스전극, 삽입층 및 채널층의 에너지밴드 다이어그램이다. 9 is an energy band diagram of a source electrode, an insertion layer and a channel layer of a transistor according to an embodiment of the present invention.

도 10은 제1 비교예에 따른 트랜지스터의 소오스전극 및 채널층의 에너지밴드 다이어그램이다. 10 is an energy band diagram of a source electrode and a channel layer of a transistor according to a first comparative example.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터의 소오스전극, 삽입층 및 채널층의 에너지밴드 다이어그램이다. 11 is an energy band diagram of a source electrode, an insertion layer, and a channel layer of a transistor according to another embodiment of the present invention.

도 12는 제2 비교예에 따른 트랜지스터의 소오스전극 및 채널층의 에너지밴드 다이어그램이다. 12 is an energy band diagram of a source electrode and a channel layer of a transistor according to a second comparative example.

도 13은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 트랜지스터의 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성을 보여주는 그래프이다. FIG. 13 is a graph illustrating gate voltage (Vg) and drain current (Id) characteristics of a transistor according to an embodiment of the present invention and a comparative example.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *

A1∼A4 : 삽입층 C1∼C4 : 채널층A1 to A4: insertion layer C1 to C4: channel layer

D1∼D4 : 드레인전극 G1∼G4 : 게이트전극D1 to D4: Drain electrode G1 to G4: Gate electrode

H1, H1', H2, H2' : 홀(hole) GI1∼GI4 : 게이트절연층H1, H1 ', H2, H2': hole GI1 to GI4: gate insulating layer

S1∼S4 : 소오스전극 SUB1∼SUB4 : 기판S1 to S4 Source electrodes SUB1 to SUB4 Substrates

Claims (16)

산화물 반도체를 포함하는 채널층; A channel layer comprising an oxide semiconductor; 상기 채널층에 대응하는 게이트전극; A gate electrode corresponding to the channel layer; 상기 채널층의 양단에 각각 접촉된 소오스전극 및 드레인전극; 및 Source and drain electrodes in contact with both ends of the channel layer, respectively; And 상기 채널층과 상기 소오스전극 사이에 구비된 반도체 삽입층;을 포함하고, And a semiconductor insertion layer provided between the channel layer and the source electrode. 상기 반도체 삽입층에 의해 상기 채널층과 상기 소오스전극 사이의 전위 장벽(potential barrier)이 증가되는 트랜지스터. And a potential barrier between the channel layer and the source electrode is increased by the semiconductor insertion layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 채널층은 n형이고, The channel layer is n-type, 상기 반도체 삽입층의 일함수는 상기 채널층의 일함수보다 큰 트랜지스터. And a work function of the semiconductor insertion layer is greater than a work function of the channel layer. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 반도체 삽입층의 n형 캐리어 농도는 상기 채널층의 n형 캐리어 농도보다 낮은 트랜지스터. The n-type carrier concentration of the semiconductor insertion layer is lower than the n-type carrier concentration of the channel layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 채널층은 p형이고, The channel layer is p-type, 상기 반도체 삽입층의 일함수는 상기 채널층의 일함수보다 작은 트랜지스터. And a work function of the semiconductor insertion layer is smaller than a work function of the channel layer. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 반도체 삽입층의 p형 캐리어 농도는 상기 채널층의 p형 캐리어 농도보다 낮은 트랜지스터. And a p-type carrier concentration of the semiconductor insertion layer is lower than a p-type carrier concentration of the channel layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 채널층은 ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터. The channel layer is any one or a series selected from the group consisting of ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO and mixtures thereof A transistor comprising an oxide semiconductor. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 채널층은 ZnO 계열의 산화물 반도체로 형성된 트랜지스터. The channel layer is a transistor formed of a ZnO-based oxide semiconductor. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 ZnO 계열의 산화물 반도체는 In, Ga, Sn, Ti, Zr, Hf, Y 및 Ta 으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함하는 트랜지스터. The ZnO-based oxide semiconductor further comprises at least one element selected from the group consisting of In, Ga, Sn, Ti, Zr, Hf, Y and Ta. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 7. The method according to claim 1 or 6, 상기 반도체 삽입층은 SiC, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InAs, GaAs, AlAs, InSb, GaSb, ZnS, CdS, ZnTe, CdTe, CdSe, CdS, ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO, AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 계열의 화합물을 포함하는 트랜지스터. The semiconductor insertion layer is SiC, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InAs, GaAs, AlAs, InSb, GaSb, ZnS, CdS, ZnTe, CdTe, CdSe, CdS, ZnO, GaO, InO, SnO, CdO, CaO And a compound comprising any one or a series of compounds selected from the group consisting of AlO, TiO, TaO, NbO, LnO, HfO, ZrO, YO, NiO, CuO, and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 삽입층은 0.5∼4.0eV 의 에너지 밴드갭을 갖는 트랜지스터. And the semiconductor insertion layer has an energy band gap of 0.5 to 4.0 eV. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 삽입층은 1∼300Å 의 두께를 갖는 트랜지스터. The semiconductor insertion layer has a thickness of 1 to 300 GHz. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 트랜지스터는 증가형(enhancement mode)인 트랜지스터. The transistor is in an enhancement mode. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 삽입층은 제1 반도체 삽입층이고, The semiconductor insertion layer is a first semiconductor insertion layer, 상기 채널층과 상기 드레인전극 사이에 제2 반도체 삽입층이 더 구비된 트랜지스터. And a second semiconductor insertion layer between the channel layer and the drain electrode. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 제1 및 제2 반도체 삽입층은 동일한 물질층인 트랜지스터. And the first and second semiconductor insertion layers are the same material layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 트랜지스터는 탑(top)-게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터인 트랜지스터. The transistor is a thin film transistor having a top-gate structure. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 트랜지스터는 바텀(bottom)-게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터인 트랜지스터. The transistor is a thin film transistor having a bottom-gate structure.
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